【装备发展】无人系统对水声装备技术发展的影响
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【装备发展】无人系统对水声装备技术发展的影响

2019年02月18日 20:50:00
来源:蓝海星智库

一、背景

随着自主控制技术、动力能源技术的突破,水下、水下与水面信息联通能力的加强,无人系统将逐渐替代部分传统平台执行长期重复、持久枯燥、隐蔽危险的任务,甚至扩展原有平台的某些功能,正在逐渐成为水下前沿触敌战斗各环节的主体力量。无人系统不仅是水下力量的有力补充,还从攻、防等不同角度对水声装备技术产生重大影响。如,2018年2月,美国高级研究计划局(DARPA)分别授予系统与技术研究公司(STR)和应用物理科学公司(APS)价值1210万美元和620万美元的合同,用于“声学通道战术开发应用”(TEAC)项目第一阶段,研发分布式相控阵声纳技术,以在水下无人潜航器等更小、更经济的平台上实现声源的长期部署。无人系统的出现、发展、成熟、应用,对水声装备技术的发展也产生了重大影响。

二、无人系统对水声装备技术的影响分析

(一)无人系统促进了小平台搭载和使用的水声装备技术的发展

从应用无人系统执行水下战任务角度出发,无人系统的兴起促进了适用于无人系统搭载的声源、声纳阵、水下网络等装备技术的发展,以提升其探测、跟踪能力,发挥其作战效能。

1、研发适用于无人系统平台搭载的小型声纳

研发适用于无人系统搭载的壳体声纳、小型拖曳线列阵声纳等。例如,雷声公司为“反潜持续跟踪无人艇”研制了“模块化可扩展声纳系统”(MS3),具备较高的分辨率,在一定范围内能够准确识别潜艇;GTI公司和Curtiss-Wright公司合作开发了一款新型拖曳可收放式主被动声纳(TRAPS),该型声纳紧凑特性强,轻便小巧,其释放回收系统结构简单轻便,可用于无人水面艇、护卫舰、轻护舰、海岸巡逻船等执行反潜探测任务。Sonardyne公司宣布,其生产的Ranger2超短基线定位系统可配装包括各种无人潜航器装备(ROV、AUV),具有精确的定位能力。

图 1  雷声公司开发的模块化可扩展声纳系统

2、研发适用于无人-无人、有人-无人系统协同探测的声纳

研发适用于无人-无人、有人-无人系统协同探测的声纳。2018年2月,美国DARPA授予合同研发分布式声源网络,由大量无人潜航器搭载声源组成发射器,既可以提高信噪比,还可以在接收端汇聚声源的能量,改善了传统的相控阵声纳由一组固定的发射基阵物理连接而成,布线繁琐,不便于部署和阵列孔径重新配置的问题,目前正处于研发的第一阶段。2016年1月,美国DARPA发布了“移动舷外指挥、控制、途径”(MOCCA)项目,致力于开发双基地声纳用于反潜,既可充分利用主动声纳探测安静型目标的优势,又不影响攻击型潜艇的隐身性,目前正在进行研发工作。

3、研发适用于察打一体无人水下作战系统的传感器网络

察打一体无人水下作战系统,续航力可超过30天,可预先部署在港口、重要航道执行反潜探测和打击任务,研发其主体“大排量无人潜航器”搭载的线列阵声纳及组网技术是无人系统载声纳的又一发展方向。例如美海军在研的首型察打一体无人水下作战系统“水下蜘蛛”,将携带8对被动声纳线列阵实现对周围100平方公里范围的声学探测;携带4枚轻型鱼雷,可自主对敌方潜艇实施快速精确打击。

(二)无人系统促进了能有效探测、识别、跟踪无人潜航器等小目标的水声装备技术发展

从防范他国无人系统执行隐秘任务角度,无人系统促进了能有效探测、识别、跟踪无人系统等小目标的水声装备技术的发展。

1、发展合成孔径声纳等高分辨率成像声纳

2017年3月,KraKen声纳公司成功的完成了KATFISH拖鱼第一阶段的海试工作,测试了AquaPix MINSAS 180声纳,测试高精度超短基线定位系统和水下惯导系统,测试声速、流速、温度、深度传感器,为水下高分辨成像提供了技术方案。

图 2  KraKen声纳公司第一阶段测试设备

2、无人系统组网实现UUV等小目标的探测

在2016年“无人战士”演习期间,4艘“携带传感器的自主无人水面艇”成功探测到常规潜艇和UUV,演示了无人水面艇先进的探测能力。“自主无人水面艇”为液力机器人和波音公司的项目。方案是应用滑翔式无人艇,开创了一种有效利用波浪能的方式,将波浪的上下起伏转化为前进的动力,实现超长续航力,并搭载先进声学传感器,与P-8A反潜机协同或多个“自主无人水面艇”组网作战,能有效探测安静型常规潜艇和UUV。

(三)无人系统为水声装备技术的发展提供了更多的创新路径

1、利用无人机中继声纳浮标数据

2017年11月,海军反潜直升机布放了声纳浮标,声纳浮标收集的数据被传输到MQ-9“捕食者B”无人机上,经过处理,转发到距离目标数百英里的无人机地面控制站,此次军事演习将超级电子公司的声纳浮标和加拿大通用动力任务系统公司的无人机数据处理技术相结合,使无人机具有远程巡逻和通信中继的能力,以增加海上任务的组合。

2、利用“黑翼”无人机充当跨域通信中继

8月,在“年度海军技术演习”中,美国潜艇发射了一个“蓝鳍-21”无人潜航器,“蓝鳍-21”再释放两个微型“沙鲨”无人潜航器和一架“黑翼”无人机,执行情报监视侦察任务。演习中,由“黑翼”充当潜艇、“沙鲨”间的通信中继,实现了水下和水面的跨域通信和指控。在该次演习中,地面指控中心向无人水面艇发送指令,该艇作为通信中继,指挥洛•马公司“枪鱼”MK2无人潜航器成功发射多任务微型无人机“矢量鹰”,也演示验证了跨域通信和指控能力。

图 3  “蓝鳍-21”无人潜航器

3、无人系统作为水下网络的移动节点增强了水下网络的灵活性

早期的水下网络多以传感器、浮标等作为节点,随着无人系统装备技术的大发展,加入水下网络中,成为其移动节点,且数目、种类逐渐变多,执行任务的复杂程度越来越高。例如近海水下持久监视网,包含近四十个UUV、滑翔者等无人系统平台,彼此间承担不同的任务,相互配合,执行作战任务,且可根据执行任务的不同,灵活的配置参与执行任务的无人系统的种类和数量,增强了水下网络的灵活性。

三、小结

无人系统的出现、发展、陆续服役,使水下战作战模式发生变化,极大丰富了水下平台的数量、种类,是21世纪水下战的重要变化因素之一,也对水声装备技术产生了影响,影响了声纳、水下网络的发展方向、趋势。不论是重大装备论证机关、还是一线科研机构,都应敏锐捕捉新的装备技术对已有装备产生的影响,使其朝着适应未来作战模式的方向发展。

(蓝海星:王晓静 王国亮 朱鹏飞 柳正华)

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